功能磁共振技術在視神經炎中的應用

朱佩文，李清海，邵毅

作者單位：

南昌大學第一附屬醫院眼科，南昌330006

1 視神經炎簡介

視神經炎(optic neuritis，ON)作為眼科常見的急癥，是導致青中年患者視力受損的主要疾病之一。廣義的ON是指各種病因導致的視神經炎性病變。ON的分類可以根據累及部位分為伴有視盤水腫的視盤炎和不伴有視盤水腫的球后ON，還可以根據其病因分為特發性脫髓鞘性視神經炎(idiopathic demyelinating optic neuritis，IDON)、炎癥性ON、感染性ON等。其中，以與多發性硬化(multiple sclerosis，MS)密切相關的IDON最為常見，因此Toosy等[1]提出將其稱為典型ON，其余類型ON歸為不典型ON。目前，ON多特指IDON。ON的診斷往往依據病史與臨床表現，當癥狀出現時ON已經發展到了較嚴重的地步，因此在病程早期診斷ON對其治療與預后意義重大。近年來隨著醫學影像學技術的蓬勃發展，功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)為ON的早期診斷與預后預測提供了可能。

2 功能性磁共振成像簡介

fMRI是一種新興的影像學檢查，相對與普通MRI，fMRI能提供更多的信息如大腦皮質的活動等，因此被廣泛用于神經系統疾病的研究。由于fMRI的特性，在用于ON檢查時可以實時且無創地反映視皮層與視路的功能狀態，近年來各種fMRI在ON的應用研究逐漸成為熱點。廣義的fMRI包括血氧水平依賴功能磁共振成像(blood oxygenation level dependent magnetic resonance imaging，BOLD-fMRI)、擴散加權成像(diffusion weighted imaging，DWI)和從DWI基礎上發展而來的擴散張量成像(diffusion tensor image，DTI)以及磁化傳遞成像(magnetization transfer imaging，MTI)等，本文將對各種fMRI在ON的應用情況進行綜述。

3 fMRI在ON中的應用

3.1 血氧水平依賴功能磁共振成像在ON中的應用

BOLD-fMRI技術可以在傳統MRI技術形成高分辨率解剖學結構圖像的基礎上顯示血流信息，反映大腦皮層的活動。BOLD-fMRI的原理是基于血氧水平依賴效應成像，人體內血紅蛋白有氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白兩種形式，這兩種形式的血紅蛋白對磁場有不同的影響，脫氧血紅蛋白具有順磁性特征而氧合血紅蛋白則具有抗磁性特征，順磁性的脫氧血紅蛋白可以使橫向磁化弛豫時間(T2)縮短。當大腦皮層活動增強時局部血供和氧耗均增加，但是血供相對增加更多，這樣局部氧合血紅蛋白與脫氧血紅蛋白的比例增大從而通過磁場的改變反映在BOLD-fMRI形成的圖像上。

Shao等[2]利用靜息態fMRI對ON患者受影響的腦活動的潛在區域一致性(regional homogeneity，ReHo)及其與行為表現的一致性進行了研究，結果顯示ON患者小腦后葉、左側顳中回、右側島葉、右側顳上回、左側額中回、雙側前扣帶回皮層、左側額上回、右側額上回、右中央前回ReHo下降而左側梭狀回和右下頂葉ReHo上升，同時他們發現右眼ON患者視覺誘發電位(visual evoked potential，VEP)振幅與左小腦后葉、右額上回和左梭狀回ReHo信號值呈正相關，而右眼患者VEP潛伏期與右側島葉的ReHo信號值呈正相關，認為ON可能涉及默認網絡的功能障礙。Huang等[3]使用低頻振幅技術進行了一項分析ON患者皮層各區域自發性腦活動特點及其與行為表現關系的fMRI研究，結果顯示ON患者右小腦前后葉、右殼核、右額下回、右島葉、右緣上回、右頂下小葉、左額內側回、左顳上回、雙側扣帶前回/額內側回、雙側楔前葉低頻振幅(amplitude of low frequency fluctuations，ALFF)值顯著下降，而左右小腦后葉、右顳下回、右顳下/梭狀回、左海馬旁回、左梭狀回、左距狀裂，左頂下小葉、左楔葉ALFF值顯著上升，同時他們發現右側ON患者左海馬旁回ALFF信號的平均值與VEP振幅呈負相關，ON患者最佳矯正視力與雙側楔前葉ALFF信號平均值呈正相關，由此他們認為ON影響了默認網絡、小腦和邊緣系統。Shao等[2]和Huang等[3]的研究均指向了默認網絡的功能障礙，這可能反映了ON潛在的病理機制。

Faro等[4]采用了一種獨特亮度對比分級的棋盤格方法來研究MS患者和正常人的視皮層差異。結果顯示隨著亮度的提高，BOLD-fMRI顯示MS患者與正常人視皮層激活像素均提高，但在同一亮度對比水平下，MS患者視皮層激活像素低于正常人，MS患者視皮層激活閾提高。Langkilde等[5]進行了類似的試驗，他們觀察了激活區與ON后皮層激活信號的變化并將其與神經眼科學的檢查結果進行對比分析，發現視皮層活化區域大小與對比敏感度測試的結果相關。除此之外，與對照組相比，ON患者BOLD信號增強且視皮層不對稱，同時他們認為皮質激活區域的減小是因為神經沖動輸入減少，而視皮質變得更不對稱則可能是由于視神經損傷導致的皮質重組。由此可見，BOLD-fMRI是ON診療與研究的有效方式，即使視力嚴重受損的ON患者，BOLD-fMRI也能取得較好的檢查結果。目前認為ON后視力恢復與視皮層的重組有很大的關系，Jenkins等[6]和Korsholm等[7]的試驗均支持這一理論。為了研究外側枕葉復合體激活與ON預后關系和ON后視力提高的原因，Jenkins等[6]利用BOLD-fMRI、VEP、光學相干斷層掃描成像(optical coherence tomography，OCT)技術進行了為期12個月的臨床對比試驗。他們發現BOLD-fMRI顯示外側枕頁復合體激活程度更高的患者12個月后視力恢復更好，ON后視力的恢復與高級視覺區域的早期皮層重塑有關，而與視路的損傷如脫髓鞘、軸突缺失等無明顯相關。

通過BOLD-fMRI可以動態觀察到皮質的活動，對ON的研究十分重要，但BOLD-fMRI也存在著個體差異對結果影響較大、空間定位不夠準確等問題，在應用中需要注意。

3.2 擴散張量成像在ON中的應用

DTI是fMRI的重要組成部分，它是從擴散加權成像基礎上發展起來的一種利用機體內水分子會自由擴散的特點進行成像的技術。在人的腦組織中，腦脊液和灰質中水分子的擴散近似各向同性擴散，而在白質中髓鞘會阻礙水分子的擴散，故DTI更適合應用于白質病變，而ON就是一種典型的涉及白質的疾病。DTI可以精確測量視路的各向異性分數(fractional anisotropy，FA)和平均擴散率(mean diffusivity，MD)[2]。對急性期IDON患者進行DTI檢查時可以發現其受侵犯部分的神經徑向擴散系數(radial diffusivity，RD)顯著增高而平均FA下降，亞急性IDON患者FA下降而RD、MD、軸向擴散系數(axial diffusivity，AD)上升，病程大于1年的IDON患者視輻射的RD和FA也會出現改變[8]，至于為什么會出現這種改變目前還沒有相關研究。Wu等[9]對ON患者與健康對照組進行了基于全腦體素的DTI研究并分析其與VEP的相關性，結果顯示ON患者左顳上回、左海馬、左前扣帶回、尾狀核、右額上回、右中央前回、左頂下小葉MD上升，左小腦后葉、左顳上回、左extra-nuclear1腦區、右額中回、左額中回FA下降，而右側小腦腳、右豆狀核、雙側扣帶前回、左extra-nuclear2腦區和左楔前葉FA卻是上升的，經過分析他們得出結論，右眼ON患者VEP潛伏期與雙側前扣帶的FA值呈正相關而與左顳上回的FA值呈負相關，右眼ON患者VEP振幅與左extra-nuclear2腦區FA值呈負相關；左眼ON患者VEP潛伏期與左扣帶前回/尾狀核的MD值呈正相關而與左頂下小葉MD值呈負相關，左眼ON患者VEP振幅與左頂下小葉的MD值呈負相關。Wu等[9]的研究對ON疾病機制的研究十分重要。從病理學角度看，ON早期主要病變為髓鞘脫失，而在亞急性期與慢性期則主要為軸突損傷[10]，這與DTI的結果是一致的。有學者認為，急性期AD值與急性期后RD值與ON臨床預后密切相關，但仍具體需要進一步研究[11]。Walt等[12]的研究同樣發現了在ON急性期AD下降，并且推薦在早期對ON進行積極治療以保護軸突從而改善預后視力。Trip等[13]在對ON患者進行DTI檢查的同時還進行了定量的視覺測試和電生理學測試，發現MD值與VEP密切相關，他們認為MD的改變代表了軸突的破壞，而DTI能很好地顯示這一情況。這些結果充分表明DTI應用于ON診斷與治療以及預后評估的重大價值，DTI對于ON的敏感性較傳統MRI更高。

3.3 磁化傳遞成像在ON中的應用

MTI可以顯示自由水與大分子之間質子交換的程度，用磁化傳遞率(magnetisation transfer ratio，MTR)表示機體組織完整性的定量資料，由此反映組織病理學的改變。目前關于MS患者MTR下降的病理生理學基礎仍有爭議。Klistorner等[14]為了研究MS患者MTR下降的原因，進行了相關試驗。他們利用MTI、OCT、多焦VEP對23例單側急性期ON患者和10名健康人進行檢查后將結果對比分析，試驗結果顯示患側視神經MTR較健側與控制組MTR顯著降低，MTR與軸突缺失程度關系密切而與脫髓鞘的程度關系不大，由此得出結論：急性ON后MTR的下降與軸突損傷的程度密切相關而與脫髓鞘程度無關，也就是說MTR能反映ON后軸突損傷程度。Trip等[15]進行了與Klistorner等[14]類似的試驗，結果卻顯示MTR下降與軸突損傷的程度和脫髓鞘程度均相關，但是考慮到軸突損傷與脫髓鞘是伴隨發生的，因此并不能確定兩種病理改變哪種對MTR下降的影響相對更大。值得注意的是，MTR結果與ON臨床預后密切相關，前期MTR顯著下降往往伴隨著后期高、低對比度字母視力和視網膜神經纖維層變薄等不良結果[16]。

雖然有關MTI在ON應用的研究較少，但是MTI在早期發現ON相關病變時更敏感[17]。ON導致的軸突缺失可使視神經MTR降低[14]，而MTR顯著的降低則表示預后不良[16]，但是目前仍需更多的研究來確定MTR下降值與ON后量化視力之間的關系。

3.4 擴散加權成像在ON中的應用

DWI是一種無創檢測人體內水分子布朗運動的方法，信號來源于組織中的自由水，不用額外注射對比劑，水分子在體內做布朗運動會受到機體組織結構的影響，DWI可以通過水分子在人體組織中布朗運動受影響的方向和程度來反映組織的結構。Fatima等[18]應用DWI分別分析視神經炎急性期和慢性期的視神經影像特征，結果顯示急性和慢性ON在視神經的直徑、DWI高信號和增強掃描的圖像特征均有顯著差異，急性ON、慢性ON和對照組之間視神經表觀擴散系數(apparent diffusion coefficient，ADC)也有顯著性差異，由此他們得出結論：DWI可以提供神經損傷的信息，從而預測患者的預后信息。

Lu等[19]基于診斷準確性和ADC測量的可重復性，評價DWI在急性視神經炎中的作用，他們的結果是DWI應用于ON診斷的敏感性、特異性和準確性均較高，證明了DWI用于ON檢查的可行性。Wan等[20]也證實了DWI應用于ON診斷的高敏感性和高特異性。值得注意的是，Mckinney等[21]在以CE T1WI結果與臨床診斷為標準對比常規脂肪抑制液體抑制反轉恢復脈沖序列與DWI在臨床診斷急性視神經炎的準確性時，發現其結果顯示DWI敏感性與特異性均低于CE T1WI，但是研究者認為DWI的檢查過程受到了人為因素的影響從而導致了這種結果。Mckinney等[21]和其他學者的試驗結果相差較大，這提示應在使用DWI的過程中注意人為造成的誤差。

雖然DWI在ON中的應用有諸多長處，但也有一些缺陷，有研究顯示[22]某些ON患者在某些罕見情況下也有可能出現擴散受限，因而不能僅通過DWI排除ON和MS的診斷。因此在診斷ON的過程中，仍需結合其他證據。

4 總結與展望

近年來，醫學影像學技術發展迅速，fMRI在ON乃至眼科的應用越來越廣泛。fMRI可以反映ON的病理改變，尤其是反映視神經軸突損傷與脫髓鞘的程度，為早期診斷提供證據并幫助判斷患者的預后甚至是分析MS造成ON的病理機制。但是目前ON仍是一種臨床診斷的疾病，fMRI雖然可以提供很多有價值的信息，但仍不能將其作為一種診斷的金標準。目前，fMRI應用于ON的診斷和預后判斷仍沒有相應的指南或專家共識，而且fMRI也有其本身的缺陷，如技術不完善、個體差異大、量化不夠精確等。未來fMRI在ON應用的發展方向是提供穩定可重復的量化數據，減小個體差異，提高數據的精確度與準確性，并且將成為ON診療中重要的一環。